样品前处理系统的制作方法

本发明涉及样品处理，尤其涉及一种样品前处理系统。

背景技术：

1、在检测实验中，在开展分析之前，通常需要将样品进行前处理，使其形成符合最终分析或检测的状态。这一过程通常称为样品的前处理。样品前处理通常可以包括加液、氮吹、离心、超声提取、过滤、固相萃取、涡旋混匀等各种步骤。实验人员需要按照相应的标准方法中的实验步骤，开展样品前处理。

2、这些前处理步骤的执行通常需要实验人员将待处理的样品运送到在实验室不同地点放置的处理设备（工位）处，然后手动设置处理设备的方法和参数、并将样品放入设备、执行前处理操作（如氮吹、超声提取等操作）。部分前处理则需要完全依赖实验人员手工完成（如加液、涡旋等操作）。整个检测实验的前处理过程需要大量的人工介入，劳动强度大，作业效率低。具体体现如下：

3、（1）在检测实验的样品前处理过程中，需要对样品加入多种试剂，以达到完成实验反应、获得待测成分的目的。添加试剂时通常需按照规定的方法，混合比例、加入体积、添加顺序正确加入，有时还需要按反应时间的要求加入试剂，并依次混匀，以得到正确的反应产物。当检测样品需要添加试剂时，实验人员必须按不同的顺序，多次重复取液、加液的操作。有时实验要求添加的试剂种类多达20多种，这时极易搞错试剂加入顺序、种类或体积，或是漏加试剂、重复添加，不仅耗费人工，并且有导致样品液污染的风险，同时错漏等问题容易导致后续的实验结果出现偏差。而现有的液体试剂添加过程多为人工作业或者人工配合设备的半自动化作业，自动化程度较低，添加效率较低。

4、（2）检测实验的样品前处理过程中，需要混合样品与试剂。在遇到粘性大、易成团的样品时，一般的涡旋、超声等操作均无法打散具有此类样品团或样品块，从而无法使样品和试剂充分混合。通常是通过人工、混合器或振荡器完成该操作。现有技术中，人工振荡费时费力，混合器或振荡器对样品的作用力有限，并且对盛放了样品的试管进行随机摇摆，试管的摇摆启动和停止位置随机，需要人工识别后手动拿取，非常不便，效率低，且过程反馈及时性、准确性低，不利于与机械手系统配合实现智能抓取。现有设备并非智能控制的，整个实验过程精准性差，效率低。

5、（3）检测实验的样品前处理过程中，需要使用恒温水浴仪对样品进行恒温状态下的处理。目前样品的水浴完全由人工实现，人工操作、人工计时，人工控制不可避免会增加实验的不确定性；采用全自动恒温水浴工作模式，样品试管进出水浴锅、水浴锅盖子的开关、水浴计时均自动完成，实验流程精准。现有技术中，恒温水浴仪的顶盖设置凸出的手柄，其开启和关闭需要手动执行，操作繁琐；恒温水浴仪内设置试管晃动架，现有的晃动架的摇摆角度处于无序状态，试管的停止位不确定，无法与高精度机械手系统匹配使用，不利于实现自动智能化；现有恒温水浴功能岛并非智能控制的，整个实验过程精准性差，效率低。

6、（4）检测实验的样品前处理过程中，需要进行样品的离心分离处理（固液分离），通常是通过离心机完成该操作。现有离心机设备主要采用人工放置样品试管，人工设置仪器条件并进行启动操作来完成样品的离心步骤。并且试管放入离心机前，离心机中对位放置的试管需要通过人工进行重量配平操作，以确保分离效果，同时减少设备磨损并防止安全事故。除离心过程外，重量配平、试管的放置、设备启动、离心完成后试管的取出等步骤均需要完全依赖人工。

7、同时，现有离心机内离心旋转支架，其启停位置随机，不利于与高精度机械手系统配合实现智能抓取；离心机转子默认的试管斜向放置方式和顶盖开口方式，不适用于机械手送料；并且目前人工配平的操作方式，不能与高精度机械手系统配合实现智能取放；整个离心过程自动化程度低、耗费人工。

8、（5）检测实验的样品前处理过程中，需要进行样品的超声提取处理。超声处理过程是通过超声波对样品进行均质处理，利用超声波在液体中的空化作用达到物料均匀分散的效果。现有技术中，在对盛装有样品液的试管进行超声均质处理时，通常是人工将上述试管逐个放入超声波均质仪中，处理完成后再人工将均质处理后的试管从超声波均质仪中取出。现有的技术只允许设备对超声温度和超声时间进行设置，其余的放入、取出等操作完全依赖人工完成。因此实验人员需要经常跑动至设备附近、查看完成情况，或是直接在等待较长的时间后再前往设备查看进展。这种方式不仅耗费大量人工，并且效率低下、导致检测流程滞后，极易使检测时间超时。

9、（6）检测实验的样品前处理过程中，按照检测方法或检测标准要求，需要对样品溶液进行定量移取和汇聚，或对分层溶液的指定液体层进行定量移取和汇聚。由于同时需要对样品溶液定量、在指定位置移液并按要求取液，步骤较为复杂，所以目前移液和取液操作通常采用人工完成。但人工在移取大批量样品中液体时，无法做到操作完全一致，并且同一时间只能完成一个样品溶液的移取液操作，效率较低。

10、（7）检测实验的样品前处理过程中，需要进行样品的氮吹浓缩处理。氮吹浓缩是采用氮吹仪等设备（具体如氮吹气吹干仪、自动快速浓缩仪等）将氮气吹入样品的表面，使待处理样品中的水分和有机试剂等溶剂的迅速蒸发、分离，进而获得非挥发性高浓缩成分的前处理步骤。主要目的是提升待测组分浓度、降低溶剂对分析过程的干扰、提升实验效率。通常在氮吹浓缩完成后（尤其是在实验步骤要求样品溶液需氮吹浓缩至干之后），往往会使用另一种溶剂对浓缩后剩余的成分进行复溶，并进行混匀，以便于后续处理和分析。

11、而现有技术中，在对样品进行氮吹浓缩处理时，通常需要手动将样品开盖后放入氮吹仪或浓缩仪，完成后将样品容器取出、手动关盖并执行后续的样品复溶或其他前处理步骤。但目前的技术仅能够执行氮吹浓缩，开盖、放入、取出、复溶、关盖必须借助人工，无法做到以上流程的全自动化。

12、（8）检测实验的样品前处理过程中，需要进行样品的固相萃取处理。固相萃取是将样品溶液通过特定吸附材料，使样品溶液中待测成分与其他杂质分离的过程。通常采用成品前处理小柱，主要处理步骤包括固相萃取柱的活化、上样、淋洗和洗脱。

13、现有技术中，在对样品溶液进行固相萃取处理时，通常是采用自动化或半自动化的技术进行处理：全人工执行所有步骤，或是借助固相萃取仪，手动上样、手动收集样品溶液。一是两种方式均无法做到全自动化处理，二是采用固相萃取仪时，样品溶液会接触到装置的内部结构，有残留并造成交叉污染的风险。

14、（9）针式过滤是一种常用于检测实验中样品前处理的微孔过滤方式，原理是结合一次性注射器，使样品溶液通过微孔滤膜，滤除其内存在的微小颗粒杂质，避免对后续的样品溶液的分析过程产生影响。

15、目前实验前处理中的针式过滤过程，基本采用人工操作，且通常一次仅能够进行单个样品的过滤，工作量大，效率较低，且操作较为耗时。因此，目前亟需一种能够实现全自动化过滤处理的设备。

16、（10）在开展检测实验时，通常由检测人员在天平放置位置完成样品称量后，需要将装有样品的离心管用手推车运送至前处理或检测设备所在地，再开展后续处理或检测。检测或处理后，再由检测人员将样品管用手推车搬运至下一处理地点，耗费人力。尤其是有大量样品管需要运送时，检测人员人工取送样品存在动强度大，且效率不高。

17、（11）实验室检测过程中，需要用到不同规格的样品容器、过滤器、一次性注射器、萃取柱等多种耗材。目前，实验耗材一般是由人员进行到某一步操作时，从集中放置处拿取所需数量的耗材并带到实验工位。但是此方式仅适用于全人工开展检测实验。如采用自动化或半自动化的设备，则实验效率会在很大程度上受限于耗材的供料效率。并且，依靠人工进行耗材的选择和拾取，也无法与当下自动化或半自动化的实验趋势相匹配。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种样品前处理系统，能实现样品在多个设备之间的流转传送，实现对样品的连续化机械传送作业，便于样品在各个设备的处理，实现样品检测高效前处理，劳动强度更低，作业效率更高。

2、本发明的目的是这样实现的，一种样品前处理系统，包括：全自动液体试剂添加设备，用于将多种液体自动定量添加至多个试管内；取移液一体化设备，用于将其中一个试管内的部分溶液转移至另一个试管内；至少一个杂质处理设备，用于对取移液一体化设备转移液体后的试管内的溶液进行除杂处理；样品输送设备，用于将多个试管在全自动液体试剂添加设备、取移液一体化设备和各杂质处理设备之间转运。

3、在本发明的一较佳实施方式中，样品前处理系统还包括：液体样品振荡处理设备，用于对试管内的溶液进行自动振荡混匀；自动恒温水浴设备，用于对试管内的溶液进行恒温水浴处理；智能化离心处理设备，用于对试管内的溶液进行离心处理；和/或，自动超声均质处理设备，用于对试管内的溶液进行超声均质处理；其中，样品输送设备还能将多个试管在全自动液体试剂添加设备和取移液一体化设备以及液体样品振荡处理设备、自动恒温水浴设备、智能化离心处理和/或自动超声均质处理设备之间转运。

4、在本发明的一较佳实施方式中，全自动液体试剂添加设备包括试剂添加工作台以及设在试剂添加工作台上的暂存装置、样品加液装置、中转装置、混匀装置、第一机械手和第二机械手；暂存装置包括至少一组用于暂存多个样品试管的样品试管架，样品加液装置包括加液输送线以及多个加液口，各加液口位于加液输送线的正上方并沿加液输送线的长度方向间隔排布；第一机械手的末端具有第一夹爪，第一夹爪能将样品试管架上的样品试管转运至加液输送线上，并能将加液输送线上加液后的样品试管转运至中转装置内暂存；第二机械手的末端具有第二夹爪，第二夹爪能将样品试管在用于中转暂存样品试管的中转装置和用于混匀液体的混匀装置之间转运。

5、在本发明的一较佳实施方式中，取移液一体化设备包括：取移液工作台；移液单元，设在取移液工作台上，移液单元具有分别用于固定样品试管和移液试管的第一工位和第二工位，移液单元具有能在第一工位和第二工位之间移动的移动平台，移动平台上设有能将样品试管内的样品液转移至移液试管内的移液机构；取液单元，设在取移液工作台上，取液单元具有设在取移液工作台上的第七机械手、第五试管暂存位和移液试管架，第七机械手的末端设有第七夹爪，第五试管暂存位用于缓存样品试管，移液试管架用于暂存多个移液试管，第七夹爪能将样品试管在第一工位和第五试管暂存位之间转运，且能将移液试管在第二工位和移液试管架之间转运。

6、在本发明的一较佳实施方式中，其中一个杂质处理设备为自控式氮吹浓缩设备，自控式氮吹浓缩设备包括氮吹浓缩工作台以及设置于氮吹浓缩工作台的台面上的第一缓存工位、第八机械手、第九机械手、氮吹装置和复溶加液装置；第一缓存工位位于氮吹装置的一侧，第一缓存工位用于缓存盛装有样品的氮吹试管；第八机械手位于第一缓存工位与氮吹装置之间，第八机械手具有能在第一缓存工位与氮吹装置之间移动的至少一个第八夹爪，通过第八夹爪将位于第一缓存工位的氮吹试管转运至氮吹装置；氮吹装置用于对氮吹试管内的样品进行氮吹浓缩；复溶加液装置位于氮吹装置的一侧，复溶加液装置用于向经过氮吹装置的氮吹试管内添加复溶液体，以使氮吹浓缩后的样品复溶；第九机械手的移动端设置有第九夹爪，第九机械手至少能带动第九夹爪将氮吹试管转运至第一缓存工位，和/或，将氮吹试管由氮吹装置转运至复溶加液装置。

7、在本发明的一较佳实施方式中，其中一个杂质处理设备为自动固相萃取设备，自动固相萃取设备包括萃取工作台以及设置于萃取工作台的台面上的第一暂存支架、第十机械手、萃取组件、传输机构和加液组件；第一暂存支架上具有试管放置孔，试管放置孔用于放置盛装有样品溶液的待萃取试管；第十机械手的移动端设置有第十夹爪，第十机械手位于第一暂存支架的一侧，第十机械手至少能带动第十夹爪将待萃取试管转运至第一暂存支架上；萃取组件靠近第一暂存支架设置，萃取组件包括萃取柱和取样针，取样针能在待萃取试管与萃取柱之间移动，以将样品溶液由待萃取试管转移至萃取柱，通过萃取柱对样品溶液进行固相萃取；加液组件具有加液口，传输机构位于萃取组件与加液组件之间，传输机构用于将萃取柱转运至加液组件的加液口的下方，以通过加液口向萃取柱内加入活化溶剂或洗脱溶剂。

8、在本发明的一较佳实施方式中，其中一杂质处理设备为自动针式过滤设备，自动针式过滤设备包括：过滤工作台；移液过滤单元，设在过滤工作台上，移液过滤单元具有旋转平台，旋转平台上设有移液组件，移液过滤单元具有第一工位和第二工位，第二工位上具有能与移液组件配合的过滤结构；第一取放单元，设在过滤工作台上且靠近第一工位设置，第一取放单元具有第十一机械手和第八试管暂存位，第十一机械手的末端具有第十一夹爪，第八试管暂存位用于缓存待过滤试管，第十一夹爪能将待过滤试管在第八试管暂存位和第一工位之间转运；第二取放单元，设在过滤工作台上且靠近第二工位设置，第二取放单元具有第十二机械手和进样瓶架，第十二机械手的末端具有第十二夹爪，进样瓶架上放置有进样瓶，第十二夹爪能将进样瓶在第二工位和进样瓶架之间转运；其中，移液组件能在第一工位和第二工位之间移动以将待过滤试管内的样品液通过过滤结构过滤后转移至进样瓶内。

9、由上所述，本发明的样品前处理系统，利用样品输送设备实现多个试管在多个设备之间的转运，可以将多个设备衔接起来，实现对样品的连续化机械传送作业，便于样品在各个设备的处理，实现样品检测高效前处理，无需大量人工介入，劳动强度更低，作业效率更高。